Пьезоэлектрический датчик

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 6 ГОС ПО Е АВТОРСКОМ ТЕЛЬСТ рское бюеханики 4. Естов ТЙЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ И(71) Специальное конструкторо Института математики и мАН АЗССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 309259, кл. С 01 1. 1/16, 1968,Малов В,В. Пьезорезонансные датчки, М.: Энергия, 1978, с. 182-185,(57) Изобретение относится к измертельной технике, Цель изобретениярасширение функциональных возможнотей за счет возможности измерениякрутящих моментов. При воздействиина шток 9 усилий отрезок трубы 7 иредает их на пьезоэлементы 3 или чувствительности пьезоэлемен 3 и 4 одинаковы, выходной сигнал будет иметь одинаковую величину и разную полярность. При приложении крутящего момента на шток 9 он передается к середине отрезка трубы 7, эа счет спиральных прорезей 8 труба 7 стре-,. мится увеличить или уменьшить свою высоту и тем самым создаются равные нагружения на пьезоэлементы 3 и 4. Полученные напряжения необходимо сложить для получения полного сигнала. Это выполняют с помощью операционного усилителя, подавая полученные напряжения на один из его входов, Соединяя выходы пьезоэлементов 3 и 4 с двумя операционными усилителями созЭ 9 дающими разность и сумму сигналов с пьезоэлементов 3 и 4, получим на выходе усилителя разности напряжение, соответствующее нормальному нагружению преобразователя. На выходе усилителя суммы получаем выходное напряжение, соответствующее нагружеяию от крутящего момента. 1 ил,Изобретение отчосится к измерительной технике и может быть применено для измерения и контроля комбинированных механических нагрузок, возникающих при работе различных машини механизмов,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей за счетвозможности измерения крутящих моментов.На чертеже представлен пьезоэлектрический датчик.Пьезоэлектрический датчик состоитиз корпуса 1, в котором посредством 15болта 2 зажаты пьезоэлементы 3 и 4,прокладки 5 и 6 из электроизоляционного материала и отрезок цилиндрической трубы 7 со спиральными прорезями8. К отрезку цилиндрической трубы 7 20коаксиально крепится шток 9 посредством жесткого диска О,Датчик работает следующим образом.При воздействии на шток 9 осевых(нормальных) усилий отрезок цилиндрической трубы 7 передает его в зависимости от направления либо на пьезоэлементы 3, либо на пьезоэлементы 4.При приложении крутящего моментана шток 9 он передается в середине 30отрезка цилиндрической трубы 7, засчет спиральных прорезей 8 цилиндрическая труба 7 стремится увеличитьвысоту и тем самым создаются равныеусилия на оба пьезоэлемента 3 и 4,электрические сигналы с которых также регистрируются электронным устройством.Прокладки 5 и 6 из электроизоляционного материала предназначены для 40изоляции зпектрических сигналов спьезоэлементов 3 и 4 от короткогозамыкания через отрезок цилиндрической трубы . Болт 2 после созданияпредварительного сжатия пьезоэлементов 3 и 4 фиксируется относительнокорпуса 1.При воздействии на шток 9 осевых(нормальных, усилий отрезок цилиндрической трбы 7 передает их на пьезоэлементыи 4, при этом один изпьезоэлементов нагружается, а другойразгружается. Если чувствительностиустановленньк пьезоэлементов 3 и 4одинаковы, выходной сигнал 3 и 4 будет иметь однаковую величину и разную полярнось, Обозначим полученныенапряжения 11 и 114, где индекс означает реэульгат действия нормальных усилий. Для получения полного сигнала необходимо сложить эти напряжения с разными знаками:Пн Пм ( 114 н )Это можно выполнить, например, с помощью операционного усилителя, подавая сигналы Ои Ба на инверсионные входы.При приложении крутящего момента на шток 9 он передается к середине отрезка цилиндрической трубы 7, за счет спиральных прорезей 8 труба 7 стремится увеличить или уменьшить (в зависимости от направления крутящего момента) свою высоту. Тем самым создаются равные нагружения (или разгружения) на пьезоэлементы 3 и 4.Обозначим полученные напряжения 11 зм и Ц 4 м где индекс означает результат действия момента. Для получе- . ния полного сигнала необходимо сло" жить эти напряжения с одинаковыми знаками1 з 11 зм + ПамЭто можно выполнить также с помощью операционного усилителя, подавая сигналы 11 зм и 114 м на ОДин иэ его вхо- ДОВ еРассмотрим совместное действие нормальной нагрузки и крутящего момента. Тогда на пьезоэлементе 3 возникнет напряжение1 э 115 н Пзма на пьезоэлементе 4 напряжение4 4 н 4 мТогда, соединяя выходы пьезоэлементов с двумя операционными усилителями, создающими разность и сумму сигналов с пьезоэлементов 3 и 4, полу- чим на выходе усилителя. разностиП - 114 - 11 зн + Пм+ "ан11 211 н 11 нт.е, на выходе усилителя разности получаем выходное напряжение, соответствующее нормальному нагружению преобразователя.На выходе усилителя суммыЦ + "4 = "ЗН + ".М+ ( Пан) +14 м 2115 м 11 м фт.е. на выходе усилителя суммы получаем выходное напряжение, соответст377629 Формула изобретения Составитель А.ЭкономовТехред Л.Сердюкова Редактор М.Петрова Корректор С.Шекмар Заказ 859/34 Тираж 847 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Ф вующее нагруженню от крутящего момента,Пьезоэлектрический датчик, .содержащий корпус с двумя пьезоэлементами, между которыми размещены силовводящий блок и механизм предварительного 1 О поджатия пьезоэлементов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью расширения функциональных воэможностей за счет обеспечения независимого и одновременного измерения крутящихмоментов и нормальных усилий, в неговведены два сумматора, а силовводящнй блок выполнен в виде штока, закрепленного в средней части цилиндрической трубы коаксиально ей, в трубевыполнены наклонные прорези, симметричные относительно плоскости, перпендикулярной оси трубы и проходящейчерез ее середину, при этом выводыпьезоэлементов попарно соединены ссуммирующими входами одного сумматора и с вычитающими входами другого,